Inteligência artificial analisa temperatura das folhas para identificar necessidade de água

Um dispositivo autônomo de baixo custo para o sensoriamento do estresse hídrico das plantas foi desenvolvido pela Embrapa Agroindústria Tropical (CE). A tecnologia utiliza como base o balanço de energia das folhas e pode contribuir para a tomada de decisões mais precisas e assertivas no manejo de irrigação. Parceria entre a Embrapa, a Universidade Federal do Ceará (UFC), o Laboratório de Inovação Tecnológica e Experimentação Científica Instituto Atlântico (Litec) e a empresa cearense 3V3 Tecnologia irá desenvolver uma versão comercial nos próximos anos.

O pesquisador da Embrapa Cláudio Carvalho conta que a tecnologia usa ferramentas de inteligência artificial (IA) no controle das informações coletadas no sensoriamento. Embora os efeitos da deficiência de água sobre o balanço energético dos tecidos das folhas sejam conhecidos, Carvalho declara que o uso de IA para a identificação de padrões e para o controle de irrigação é inédito.

Para o engenheiro da computação e mestrando do programa de Pós-Graduação de Engenharia de Teleinformática da UFC Otto Sousa, responsável pelo acompanhamento e desenvolvimento das competências informacionais da tecnologia, o dispositivo fornece a possibilidade de criar equipamentos que tenham custos mais acessíveis aos médios e pequenos produtores agrícolas no manejo de irrigação das culturas.

“Os dispositivos existentes são muito caros, uma vez que a indústria brasileira importa quase tudo que envolva equipamentos eletrônicos. Com isso, podemos pensar na máxima de que, se vamos precisar importar alguma coisa, vamos construir algo eficiente, mas com os componentes eletrônicos mais baratos possíveis”, complementa Sousa.

Água é recurso fundamental

Na agricultura, a água é um recurso crucial, influenciando significativamente a saudabilidade e o rendimento das plantas. Condições como a falta de água no solo, aspectos climáticos desfavoráveis ou mesmo práticas agrícolas inadequadas podem gerar estresse hídrico.

O investimento em tecnologias de sensoriamento fornece uma solução automatizada para a gestão dos recursos hídricos, reduzindo custos, diminuindo os impactos ambientais associados ao desperdício de água e, principalmente, evitando os danos decorrentes do déficit hídrico.

O sistema de sensoriamento

O sistema de sensoriamento desenvolvido é composto por três dispositivos: sensor de temperatura das folhas, psicrômetro aspirado e piranômetro. O sensor de temperatura das folhas é composto por termistores de encapsulamento em vidro anexados na superfície das folhas e conectados a um sistema coletor de dados. O sistema coletor utiliza a equação de Steinhart-Hart para calcular a temperatura das folhas em relação à temperatura do ar e à umidade. Nesses dispositivos, as leituras de temperatura são realizadas a cada minuto e os dados enviados, imediatamente após a coleta, ao servidor de dados utilizado. A transmissão é feita via LoRa, protocolo de radiofrequência de baixo consumo de energia.

O psicrômetro aspirado, por sua vez, coleta dados de temperatura e umidade do ar, adiciona um carimbo de tempo a cada leitura e envia esse conjunto de informações também para o servidor de dados. Por fim, o piranômetro verifica o índice de radiação solar sobre as plantas. Por se tratar de um sensor que fornece informações em forma de sinais analógicos, os pesquisadores desenvolveram um circuito de conversão analógico-digital que recebe as informações do piranômetro e as converte para a forma digital. Os valores convertidos são enviados via Wi-Fi para o servidor.

Com o conhecimento de informações de temperatura, umidade do ar e incidência de radiação solar, o sistema avalia e determina as necessidades hídricas das plantas. Em caso de identificação de necessidade hídrica, o sistema aciona automaticamente dispositivos de irrigação.

O experimento

Para validação da tecnologia em campo, a pesquisa conduziu o cultivo experimental de plantas de milho da variedade BRS Gorutuba, fornecidas pela Embrapa Milho e Sorgo (MG) e Embrapa Tabuleiros Costeiros (SE). Foram cultivadas 40 mudas de milho em vasos, contendo solo peneirado retirado da Estação Experimental de Pacajus, no interior do Ceará, e casca de coco. A irrigação automática por gotejo forneceu 100 mL de água por minuto.

O arranjo foi instalado dentro de uma casa de vegetação aberta lateralmente e coberta por um filme plástico transparente comercial que evitava 100% da incidência de chuvas, mas diminuía, em cerca de 5% a 10%, a radiação solar incidente, monitorada a cada minuto usando o piranômetro. O experimento teve início com a plantação de quatro sementes de milho por vaso e, durante o período de germinação, todos os vasos foram hidratados diariamente sem atingir o ponto de saturação hídrica do solo.

Houve também a aplicação de adubo líquido. Após a germinação, as plantas mais robustas foram selecionadas. Em seguida, foram dispostos os sensores de temperatura, os psicrômetros e os piranômetros, e os dados passaram a ser monitorados. Os resultados obtidos no experimento demonstraram que o dispositivo construído para monitorar a temperatura das folhas viabilizou a percepção entre os estados de boa hidratação e de déficit hídrico da cultura.

Próximo passo: chegar ao mercado

De acordo com a professora Atslands Rego da Rocha, do Departamento de Engenharia de Teleinformática (Deti) da Universidade Federal do Ceará (UFC), as perspectivas são que o dispositivo e sua base de IA cheguem ao campo em até dois anos. “Estamos construindo a versão 2.0 do hardware e aumentando o banco de dados para a modelagem usando as ferramentas de IA. As perspectivas apontam para uma solução interessante já em alguns meses. Porém a comercialização plena só se dará em mais algum tempo”, explica.

Há uma parceria ainda informal mas já em ação que envolve a Embrapa Agroindústria Tropical, a UFC, o Laboratório de Inovação Tecnológica e Experimentação Científica Instituto Atlântico (Litec) e a empresa cearense 3V3 Tecnologia, especializada no desenvolvimento de soluções tecnológicas para a agricultura irrigada.

Estudo premiado

Durante o 44º Congresso da Sociedade Brasileira de Computação, ocorrido em julho, em Brasília (DF), o estudo foi apresentado no Workshop de Computação Aplicada à Gestão do Meio Ambiente e Recursos Naturais (WCAMA).

A mostra garantiu ao trabalho o prêmio na categoria “Best Paper”. A pesquisa foi realizada por Otto Sousa, Guilherme Alves e Atslands Rocha, do Departamento de Engenharia em Teleinformática da Universidade Federal do Ceará, sob coorientação do pesquisador Cláudio Carvalho, da Embrapa Agroindústria Tropical. Para mais informações, acesse o estudo “Aplicação de sensores de baixo custo no suporte a tomada de decisão em irrigação de precisão”.